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Reflexion
Inhalt
Reflexionsgesetz
Wir sehen Dinge immer dann, wenn sie Selbstsender oder Zwischensender sind. Von undurchsichtigen Körpern wird das Licht teilweise zurückgeworfen (reflektiert), teilweise verschluckt (absorbiert). Ein Körper erscheint umso dunkler, je weniger Licht er reflektiert. Er absorbiert dann den Großteil des Lichts.
Durchsichtige Körper lassen Licht hindurch, ein kleiner Teil wird jedoch auch reflektiert und absorbiert.
Glatte Flächen reflektieren einen Lichtstrahl. Die Richtung des reflektierten Strahls hängt von der Richtung des einfallenden Lichtstrahls ab. Denkt man sich am Auftreffpunkt des Lichtstrahls eine Normale (Lot) auf die glatte Fläche, so nennt man den Winkel zwischen dieser Normalen und dem einfallenden Lichtstrahl Einfallswinkel, den Winkel zwischen der Normalen und dem reflektierten Lichtstrahl Reflexionswinkel.
Das Reflexionsgesetz lautet:
Der Reflexionswinkel ist stets genauso groß wie der Einfallswinkel.
Optische Scheibe
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Mithilfe einer Leuchte mit Schlitzblende wird ein Lichtstrahl erzeugt. Dieser wird genau auf den Mittelpunkt der optischen Scheibe gerichtet. Die Scheibe und der Spiegel werden gedreht und dabei jeweils der Winkel des einfallenden und des reflektierten Lichtstrahls gemessen. Notiere jeweils den Einfalls- und den Reflexionswinkel.
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Winkelspiegel
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Verwende zwei Spiegel, die du rechtwinkelig zueinander auf den Tisch stellst. Lass einen Lichtstrahl auf einen der Spiegel fallen und beschreibe seinen weiteren Verlauf.
Verändere den Einfallswinkel des Lichtstrahls und beobachte.
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Rückstrahler
Rückstrahler reflektieren das einfallende Licht an spiegelnden Flächen, die normal aufeinander stehen. Dadurch wird das Licht immer in die Richtung reflektiert, aus der es kommt. Der reflektierende Körper wird im Dunkeln sichtbar, sobald Licht auf ihn fällt. Sie werden mitunter auch Katzenaugen genannt.
Auch auf einer rauen Oberfläche gilt für einfallendes Licht das Reflexionsgesetz. Allerdings wird das Licht zerstreut, da die Einfallswinkel in den Auftreffpunkten unterschiedlich sind. Eine raue helle Oberfläche wirft Licht nach allen Seiten zurück. Wände erhellen mit diesem Effekt die Wohnräume.
Reflexion auf der Erde: Der Treibhausgaseffekt
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Bei der globalen Erwärmung kommt Reflexion gleich zweimal vor: Einmal die Strahlung, die von der Sonne kommt und wieder ins Weltall reflektiert wird, und jene, die durch Treibhausgase (dazu zählen etwa CO₂ und Methan) in der Atmosphäre gefangen werden.
Globale Erwärmung
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Bei der globalen Erwärmung kommt Reflexion gleich zweimal vor: Einmal die Strahlung, die von der Sonne kommt und wieder ins Weltall reflektiert wird, und jene, die durch „Treibhausgase“ in der Atmosphäre gefangen werden.
Finde heraus, wie hoch die durchschnittliche Temperatur der Erde ohne Treibhauseffekt wäre.
Kannst du die Formel anschreiben?
Die Reflexivität von Stoffen wie Wolken oder Eis wird auch „Albedo“ genannt. Finde heraus, wie groß der Unterschied zwischen schnee- und eisbedeckten Flächen und schnee-/eisfreien Flächen ist.
Kannst Du den Unterschied in der Energieaufnahme für Deine Beispiele bestimmen?
Ebener Spiegel
Scheinbare Bilder
Von jedem Punkt der Lichtquelle gehen unendlich viele Lichtstrahlen aus. Sie werden am Spiegel reflektiert. Die reflektierten Lichtstrahlen entfernen sich voneinander. Ein kleiner Teil dieser Strahlen trifft das Auge. Verlängert man diese Lichtstrahlen hinter den Spiegel, so scheinen sie vom Spiegelbild der Lampe hinter dem Spiegel zu kommen.
Dasselbe geschieht, wenn wir einen Gegenstand im Spiegel sehen. Die Verlängerungen der reflektierten Lichtstrahlen ergeben jeweils einen Bildpunkt.
Man sieht also einen Bildpunkt, der nicht wirklich existiert.
Durch den Spiegel wird ein Bild eines Gegenstands erzeugt, das sich gleich weit hinter dem Spiegel befindet. Da die Lichtstrahlen lediglich von unserem Sehsystem zum Bildpunkt verlängert werden, spricht man von einem scheinbaren (virtuellen) Bild. Von einem virtuellen Bild gehen keine Lichtstrahlen aus.
Die Entfernung des Gegenstands vom Spiegel nennt man Gegenstandsweite, die Entfernung des Bildes vom Spiegel Bildweite.
Am ebenen Spiegel gilt:
Bildweite = Gegenstandsweite
Bildgröße = Gegenstandsgröße
Entfernt man den Gegenstand weiter vom Spiegel, so rückt auch das Spiegelbild nach hinten.
Doppelspiegel
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Stelle einen Gegenstand zwischen zwei Spiegel. Beschreibe, was du siehst.
Erkläre, wie die Bilder jeweils zustande kommen.
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Überlege, wie das Bild oben zustande gekommen ist.
Schreibe eine Anleitung für dieses Experiment.
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Training
Alufolie
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Nimm ein Stück glatter Alufolie und lass ein Lichtbündel darauf fallen. Halte einen Schirm oder ein weißes Blatt daneben. Man kann einen Lichtfleck darauf erkennen.
Zerknittere nun die Alufolie und beschreibe, was mit dem Lichtbündel passiert.
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Bilde aus den Silben die entsprechenden Begriffe.
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Kreuze jeweils an, welcher Begriff nicht dazu passt.
Periskop
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Zwei parallel angeordnete Spiegel ermöglichen das „Um-die-Ecke-Sehen“. So kann man z. B. aus einem U-Boot über die Wasseroberfläche oder aus einem Graben herausschauen. Man nennt die Anordnung deshalb auch Grabenspiegel.
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periskop.pdf
464 kB
Drucke das PDF aus und zeichne den weiteren Verlauf des einfallenden Lichtstrahls.
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Wahr oder falsch?
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Beschrifte die Elemente im Bild.
Das Spiegelprojekt
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Im Ort Viganella (westlich des Lago Maggiore, Italien) steigt im Winter die Sonne fast drei Monate lang nicht über den Berggipfel. Um auch im Winter Sonnenlicht zu sehen, wurde ein riesiger Spiegel auf dem gegenüberliegenden Berg errichtet und 2006 in Betrieb genommen. Von diesem Spiegel wird nun der Hauptplatz des Ortes erhellt.
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Überlege mit deiner Sitznachbarin, deinem Sitznachbarn, was sich durch den Spiegel außer der Helligkeit noch auf dem Hauptplatz verändert.
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Flamme in Wasser
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Fülle ein Glas mit Wasser und stelle es auf den Tisch. Bringe etwa 10 cm vor dem Glas eine Glasplatte an. Stelle etwa 10 cm vor die Glasplatte eine brennende Kerze.
Schau in die Glasplatte hinein und beschreibe deine Beobachtung.
Finde eine Erklärung.
Beachte: Die Glasplatte wirkt als Spiegel, ist aber auch durchsichtig.
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Winkelspiegel
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Winkelspiegel
winkelspiegel.pdf · 877 kB
Zwei Spiegel bilden einen rechten Winkel. Drucke das PDF auf und zeichne den weiteren Verlauf der beiden Lichtstrahlen ein.
Spiegelbilder
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Auf dem ersten Bild siehst du das Spiegelbild einer Brille. Die anderen drei zeigen verschiedene Möglichkeiten, wie die Brille vor dem Spiegel liegen könnte.
Gib an, welches Bild zeigt, wie die Brille vor dem Spiegel liegt.
Foto eines Spiegelbilds
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Du willst dein Spiegelbild fotografieren.
Überlege, welche Entfernung du für ein scharfes Bild einstellen müsstest, wenn die Kamera das nicht automatisch macht.
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Schutzweste
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In dem Bild sieht man eine Person mit Schutzweste.
Erkläre, weshalb die Streifen auf der Weste hell leuchten.
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Größe des Gesichts
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Stelle dich vor einen Spiegel. Zeichne das Bild deines Gesichts nach, z.B. mit einem Filzstift oder einfach mit Zahnpasta.
Miss die Größe deines Gesichts vom Haaransatz bis zum Kinn. Miss die Größe des Bildes. Vergleiche.
Größe eines Spiegels
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Wie groß muss ein Spiegel im Vergleich zu einem selbst mindestens sein, damit man sich in voller Größe erkennen kann?
Bei der Lösung kann dir die gezeigte Zeichnung helfen.
Baue ein Kaleidoskop
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Zwei Spiegel werden mit den Spiegelflächen nach innen unter einem Winkel von 60 Grad zusammengeklebt. Sodann wird die eine Seite mit einem Glas abgedeckt, worüber eine zweite Abdeckung mit einem matten Glas oder einer matten Folie geklebt wird.
Zwischen die beiden Gläser gibt man kleine bunte Glassplitter. Das andere Ende wird abgedeckt, wobei nur in der Mitte ein Loch zum Hineinschauen gelassen wird.
Schaue durch die Öffnung und drehe dabei das Kaleidoskop.
Beschreibe deine Beobachtung.
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Merke
Reflexion – Zusammenfassung
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Das Reflexionsgesetz lautet Einfallswinkel = Reflexionswinkel.
Das Bild bei einem ebenen Spiegel ist aufrecht, gleich groß und virtuell. Es erscheint so weit hinter dem Spiegel wie der Gegenstand vor dem Spiegel ist.
Glatte Flächen wirken wie Spiegel, raue Flächen zerstreuen das Licht und hellen damit die Umgebung auf.
Treibhausgaseffekt
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Erkläre den Treibhausgaseffekt und was er mit Reflexion zu tun hat.
Die Erklärgrafik unterstützt dich.
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